Introducció al Mètode Científic i Disseny Experimental

I 36 flashcards i 24 preguntes més al document.

Text del document

Tema 0: Introducció al Mètode científic El mètode científic i el disseny experimental La Ciència S'anomena Ciència aquella forma d'adquisició de coneixements caracteritzada pel rigor i l'objectivitat i que permet efectuar prediccions exactes d'una part de la realitat. Per extensió, també s'anomena Ciència al conjunt d'aquests coneixements. Diem que les afirmacions científiques són rigoroses si estan justificades i correlacionades. justificades: fonamentades en l'observació crítica i sistemàtica de la realitat i/o en l'experimentació. En el cas dels experiments és imprescindible la seva repetibilitat.

correlacionades: parteixen d'axiomes o postulats inicials dels que se'n deriven proposicions encadenades, regides per les lleis de la lògica. 2 D'altra banda, diem que una afirmació és objectiva si és independent del subjecte que les realitza. Això només és possible gràcies al consens entre diferents individus, és a dir, si una afirmació és fruit de la intersubjectivitat. És a dir, una afirmació científica ha de ser fruit de la participació de dos o més subjectes (la comunitat científica).

Aquesta afirmació es comunica a la comunitat científica, a través de diversos vehicles de comunicació (articles, revistes, congressos, repositoris) i la comunitat assoleix un acord o consens prou ampli per admetre-la. D'aquí la importància de la repetibilitat dels experiments. 3 La Tecnologia La Tecnologia és un sistema d'accions humanes intencionadament orientat a la transformació d'objectes per a aconseguir de forma eficient un resultat valuós. És un error definir la Tecnologia com l'aplicació de la Ciència o com la Ciència aplicada. Això és així perquè molt sovint el desenvolupament tecnològic no es sustenta en una base científica, sinó que el precedeix.

Certament, tant la Ciència com la Tecnologia suposen processos cognitius, però el seu resultat final és diferent. El producte final d'una activitat científica és una publicació, en canvi el producte d'una innovació tecnològica és un artefacte artificial. 4 El mètode científic El mètode emprat per la Ciència per adquirir coneixements és el mètode hipoteticodeductiu, o mètode científic. Aquest mètode va ser introduït pel filòsof Francis Bacon i el físic Galileo Galilei al segle XVII. Consta d'un seguit de passos: 1. Observació d'un fenomen de la realitat i plantejament del problema. 2. Formulació d'una hipòtesi explicativa del fenomen i deducció de les seves conseqüències i implicacions. 3.

Realització d'observacions i/o experiments. 4. Contrast entre els resultats de les observacions o els experiments i les conseqüències de la hipòtesi. 5. Acceptació o rebuig de la hipòtesi. 5 La Ciència també utilitza el mètode lògic. Aquest últim es divideix en: mètode lògic deductiu: s'obtenen conclusions particulars a partir de principis generals. (per exemple, el descobriment del neutrí a partir de la llei de conservació de l'energia i del moment, el descobriment de Neptú i Plutó a partir de la llei de Gravitació). mètode lògic inductiu: s'obté una llei general a partir dels cassos particulars (per exemple, la llei de Hubble).

d'inducció completa: la conclusió s'extrau a partir de tots els casos existents que són objecte d'estudi. d'inducció incompleta: la conclusió general s'extrau a partir d'una mostra representativa, ja que no és possible l'estudi de tots els casos particulars. 6 El disseny experimental El mètode hipoteticodeductiu contempla la planificació i execució d'un o de diversos experiments encaminats a verificar o falsar la hipòtesi. D'aquí la importància del disseny experimental. Es pot definir el disseny experimental com el conjunt d'estratègies que permeten respondre adequadament les preguntes formulades durant la investigació i que proven la consistència de la hipòtesi.

El disseny experimental pot ser: observacional (o no manipulatiu): basat en observacions sistemàtiques, com passa sovint en treballs de camp. manipulatiu: basat en la manipulació intencionada per part de l'investigador d'una o més variables per tal d'apreciar el seus efectes sobre altres variables a l'experiment. 7 Exemple de disseny no manipulatiu o observacional S'enregistren les observacions de forma sistemàtica i es tracten amb criteris estadístics per extraure una conclusió justificada. 8 Exemple de disseny manipulatiu L'experimentador manipula i modifica una variable de forma controlada per apreciar si té efecte sobre una altra variable. 9 Els elements del disseny experimental 10 1.

Les variables experimentals Normalment, en un disseny l'experimentador només manipula una sola variable i mesura l'efecte que té aquesta manipulació sobre una altra única variable. Això permet establir de forma justificada una relació de causalitat (causa-efecte) entre les dues. La variable independent és aquella que a priori atribuïm com a causa del fenomen que volem estudiar i és la que manipula l'experimentador. La variable dependent o consegüent és aquella que és la conseqüència o l'efecte provocat per la variació de la independent. Al segon exemple la v. indep. és la dosi de THC administrada i la v. dep. la variació en la discriminació d'objectes.

11 Graus de variació de la variable independent La manipulació de la variable independent pot fer-se en diversos graus: a) Dos graus de manipulació: presència-absència de variable. En aquest cas només cal definir dos grups experimentals: Grup de tractament experimental: és el grup al que se li aplica la variable. Grup de control: és el grup al que no s'aplica la variable. 12 En aquest exemple tenim: Grup de control: voluntaris amb placebo (absència de variable). Grup de tractament experimental: voluntaris amb vacuna (presència de variable). 13 La presència d'un grup de control és imprescindible per poder extraure conclusions vàlides.

No podem conèixer l'efecte d'un determinat factor si aquest sempre està present en totes les observacions. En molts casos algunes publicitats s'aprofiten del desconeixement d'aquest fet, per exemple: "el 80% dels pacients que van prendre aquest producte van millorar els seus símptomes al cap d'una setmana." A partir d'aquesta afirmació podem arribar a creure que el producte és molt bo. Però potser els símptomes també millorarien espontàniament en absència d'ell. Per això cal sempre un grup de control per poder comparar els resultats i estar segurs de l'efecte de la variable independent.

14 a) Més dos graus de manipulació: intensitat creixent de la variable Per cada categoria o grau de manipulació cal crear un grup experimental. En aquest cas el control és el grup al que no s'aplica la variable o bé aquell en que l'efecte de la variable és conegut. 15 En aquest exemple tenim 3 graus de manipulació de la variable. El grup de control és el flascó tapat (absència de variable). En aquest exemple tenim 10 graus de manipulació de la variable, que són els 10 valors de pH diferents als que efectuem la reacció química amb l'enzim. La variable dependent és l'activitat de l'enzim. 16 2.

Les condicions de control experimental Diem que un experiment està sota control quan només manipulem una sola variable (la independent) i totes les altres (altres factors que puguin influir) es mantenen constants en tots i cadascun dels grups experimentals. Aquest fet s'anomena condició de caeteris paribus (igual tot el demés). La condició de caeteres paribus no sempre és fàcil de complir. En sistemes complexos, com ara els organismes, molt sovint la modificació d'alguna variable comporta la variació inevitable d'altres. Això és degut a l'alt grau d'integració i relació entre els elements d'un sistema complex.

En aquests casos és gairebé impossible considerar un paràmetre de forma independent a d'altres. 17 Si observem aquesta frase ressaltada del problema de la diapositiva 4, veiem que aquí s'estableixen les condicions de control experimental. Si variés, per exemple, el tipus de sediment a les diferents zones estudiades, no sabríem si l'efecte mesurat a les poblacions de les dues especies té a veure amb la seva cohabitació o bé amb el tipus de sediment que prefereixen. El mateix passaria amb la fondària, etc. En aquest cas el disseny no estaria sota control. 18 3. Les rèpliques Una rèplica és una repetició de l'experiment.

La finalitat de les rèpliques és doble: obtenir una major confiança estadística en els resultats. Es pot demostrar que si incrementem el nombre de rèpliques de l'experiment el grau o nivell de confiança estadístic s'incrementa (la probabilitat que el valor veritable del paràmetre estudiat es trobi dins d'un interval de valors fixat d'antuvi). minimitzar el possible error experimental. Aquest es pot cometre tant en la manipulació de la variable independent, com en la presa de dades de la variable dependent. 19 En aquest cas l'aplicació de la tècnica a 1 sol ratolí per grup no hagués estat significativa.

Si el ratolí sobreviu no podem saber si la dosi d'estreptococs era massa petita per error, o si aquell ratolí tenia un sistema immunitari especialment efectiu, o si casualment era un individu mutant naturalment immune al bacteri. Per això cal replicar l'experiment diverses vegades, per eliminar les possibles fonts d'error i de variació casual. 20 Pseudorèpliques Estrictament parlant, es realitza una rèplica autèntica quan les unitats mostrals o els grups experimentals són independents entre ells, és a dir, que el que passa en un grup no condiciona el que passa en els altres grups. Quan la unitat mostral o grup experimental no és independent dels altres el que tenim són pseudorèpliques.

Per exemple, si realitzem un estudi comparant la mida de les fulles de dues espècies vegetals i triem 10 fulles d'un mateixa planta no tenim 10 rèpliques, ja que tot l'exemplar pot estar sotmès a condicions que influeixen a totes les seves fulles. Per tant, les dimensions d'una fulla no són independents de les dimensions de les altres fulles de la mateixa planta. Per tenir 10 rèpliques autèntiques caldria mesurar 10 fulles de 10 plantes diferents. 21 4. L'assignació aleatòria En alguns casos, especialment en estudis clínics, és possible que l'investigador assigni els individus als grups experimentals seguint alguna preferència conscient o inconscient.

Si això succeeix els resultats de la prova estaran clarament esbiaixats. Per tal d'evitar aquest fenomen se sol realitzar una assignació aleatòria dels individus als grups experimentals (random allocation). Per fer-ho de forma fiable s'empren taules de nombres aleatoris o bé programes d'ordinador que col·loquen a cada subjecte al grup experimental corresponent totalment a l'atzar. 22 5. Els cecs o emmascaraments El fet que un pacient sàpiga a quin grup pertany pot alterar la seva percepció del resultat del tractament degut a l'efecte placebo. Per eliminar aquest efecte es fa un cec simple (o emmascarament simple), ocultant al subjecte el grup experimental al qual pertany.

Només l'investigador coneix l'assignació. Igualment, un investigador pot sobrevalorar o infravalorar de forma inconscient els resultats d'unes mostres o grups experimentals si coneix la seva procedència (biaix de confirmació). En aquest cas es fa un doble cec (doble emmascarament), ocultant el grup experimental tant al subjecte com a l'investigador. Una tercera persona és la que realitza les assignacions als grups i transmet els resultats de les mesures a l'investigador, que no sap de quin grup provenen. 23 6.

Les presumpcions o suposicions prèvies A vegades és inevitable haver d'efectuar presumpcions sobre circumstàncies que no coneixem i que poden influir en les conclusions que es poden extraure de l'experiment. Quan això succeeix, és una norma bàsica que la presumpció que fem sobre aquestes circumstàncies no vagi a favor de la tesi que volem demostrar, sinó justament en contra. Si les suposicions que assumim fan més probable la confirmació de la hipòtesi no es pot saber si el resultat positiu de l'experiment confirma l'explicació que hem elaborat o si només posa de manifest la presumpció inherent a ella.

24 Etapes del disseny experimental 25 El disseny experimental té com a objectiu verificar o falsar la validesa d'una hipòtesi, minimitzant l'error experimental i assegurar que els resultats observats són conseqüència dels factors que s'han manipulat. Els passos del disseny són els següents: 1. Establiment del problema que volem estudiar i formulació de la hipòtesi: Concretem quin és el problema que volem estudiar (i que es formula en forma de pregunta): Existeix relació entre les variables Y i X? Aquest problema condueix al plantejament d'una hipòtesi: formulada en condicional: Potser la variació de X provoca la variació de Y.

26 Problema: La vacunació fa que els nens resisteixin menys altres infeccions? O bé; la vacunació d'una malaltia debilita el sistema immunitari? Hipòtesi: Potser la vacunació fa que els nens siguin més susceptibles a patir altres infeccions. O bé en negatiu: possiblement la vacunació fa que els nens no siguin més susceptibles a patir altres infeccions. 27 Problema: Influeix una alimentació basada en menjar processat al risc cardiovascular? Hipòtesi: Potser, segurament, és probable que l'oxicolesterol dels fregits i processats incrementi la taxa de colesterol en sang. 28 29 Problema: Quina quantitat de purins s'ha d'aplicar per obtenir més rendiment de panís?

Hipòtesi: Potser la causa de l'escorbut era la manca d'algun aliment a la dieta. O bé; possiblement el no menjar llimona, taronja o fruita causa l'escorbut. O bé; probablement l'estat de salut dels malalts d'escorbut millora amb algun aliment o suplement a la dieta. 30 2. Definició de les variables i de les constants: Definim la variable independent ("causa") i determinem els seus graus de manipulació (existència del grup de control i nombre de grups experimentals, així com el seu grau de variació). Cal explicitar com s'aconseguirà que prengui valors diferents. També definim quina és la variable dependent ("efecte") i com s'enregistrarà la seva variació. 3.

Establiment de les condicions de control: Determinem quines seran les constants de l'experiment, és a dir, tots aquells altres paràmetres de l'entorn de l'experiència que no variaran per no interferir en els resultats. 31 4. Generació de rèpliques: Determinació del nombre de rèpliques de l'experiment. Normalment es calcula en funció del nivell de significació estadístic que volem obtenir. Cal, però, verificar prèviament la independència entre les rèpliques. 5. Anàlisi dels resultats: Els resultats de l'experiment poden ser dades de caràcter qualitatiu o quantitatiu.

En el cas quantitatiu cal planificar quins càlculs efectuarem a partir dels valors obtinguts per cada experiment i per cada rèplica. Es poden establir comparacions entre els grups experimentals i comparacions amb el grup de control. Cal determinar quin tipus d'anàlisi estadístic és més apropiat pel tipus de dades recollides. 32 Característiques d'un bon disseny experimental 33 Control experimental: És necessari mantenir constants tots els altres factors que no siguin la variable independent per tal d'evitar interferències sobre la variable dependent. De la capacitat de control depèn en gran mesura la qualitat de l'experiment.

Capacitat de discriminació: És la capacitat de diferenciar de forma clara els resultats que avalen la hipòtesi inicial (en estadística la hipòtesi nul·la) dels resultats que la desmenteixen i obliguen a acceptar la seva contrària (la hipòtesi alternativa). És a dir, els resultats de l'experiment no han de ser ambigus. 34 Repetibilitat de l'experiment: Els experiments han de ser replicats vàries vegades. No hi ha d'haver intervenció de factors subjectes a l'atzar. El protocol ha d'estar clarament especificat per tal que altres investigadors el puguin repetir en les mateixes circumstàncies per tal de confirmar els resultats.

Aquest és un punt clau per aconseguir l'objectivitat en el coneixement científic. Ceguesa: L'experimentador no ha d'estar condicionat, de forma conscient o inconscient, per tal de poder valorar els resultats sense càrrega subjectiva. És a dir, que l'experimentador no esperi determinats resultats de determinat grup experimental. El millor és procurar que el disseny comporti l'emmascarament per a l'investigador de la font de les dades que analitza. 35 Fi del tema 36